Устройство для регистрации движения глаз Советский патент 1983 года по МПК A61B3/00 

Устройство относится к медицинской технике и может быть использова,но для исследования зрительной деятельности оператора.

. известно устройство для исследования движений глаз, содержащее осветитель и оптический приемный блок для формирования изображений роговичного рефлекса и зрачка глаза, передающую телевизионную трубку и электронный блок;, осуществляющий измерение отрезка между центрами рефлекса и зрачка .Ч

Однако известное устройство не обеспечивает выхода информации в цифровой форме и имеет невысокую точность,, что свойственно ангшоговым устройствам.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для регистрации движений глаз 2 , которое измеряет координаты изобрс1жения роговичного рефлекса и содержит осветитель, оптический приемный блок, передающую телевизионную трубу с отклоняющей системой, генератор опорной частоты, цифроаналоговый блок развертки с двумя реверсивными координатными счетчиками и преобразователями код-ток, блок памяти, видеоблок с узлом, фиксации видеоимпульсов роговичного рефлекса и блок управления сканированием с узлом формирования поисковой развертки в виде реле времени и с узлом формирования следящей развертки, содержащим первый R5 -триггер, триггер знака, триггер координат и узел синхронизации в виде счетчика с дешифратором.

Изве стное устройство обеспечивает поиск прогрессивным растром и слежение крестообразным микрорастром за положением изображения роговичного рефлекса с запоминанием обеих координат его центра.

Известное устройство характеризуется высокими точностью и быстродействием, но чувствительно к смещениям головы наблюдателя относительно оптического датчика, что приводит к больиюй величине ошибки, вносимой и результат измерения сдвигами головц и составляющей около 10 градусов на миллиметр сдвига. Для снижения величины этой ошибки фиксацируют голову относительно датчика, например, посредством индивидуального зубного слепка, нарушая этим естественные условия функционирования оператора. Это свойства известного устройства связано с существом метода рогбвичного рефлекса/ лежащим в его основе, при котором измеряются именно абсолютные значения координат рефлекса на глазе относительно датчика. Ввиду этого устройство не в состоянии различить смещение рефлекса при поворотах глаза, составляющие, ко, известно, 0,1 мм/град., от смещений рефлекса при сдвигах головы оператора.

Цель изобретения - повышение точности измерения направления взгляда оператора при смещениях его головы относительно оптического приемного блока.

Цель достигается тем, что в устройство для регистрации движений глаз, содержащее оптически связанные осветитель, оптический блок, передгиощую телевизионную трубку, сигнальный выход которого соединен через узел фиксации видеоимпульсов, рефлексов и узел формирования поисковой развертки - с первым входом элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам первогр и второго координатных счетчиков, соединенных соответственно через, первый и второй преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной трубки, первый RS -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и второй регистры, счетчик узла -синхронизации, соединенный через дешифратор нулевого состояния с входом триггера координат, первый и второй выходы которого соединены с четвертыми входами первого и второго координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с nep выми входами первого и второго регчстров, а четвертый выход первого координатного счетчика через элемент И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, дополнительно введены узел фиксации видеоимпульса зрачка, инвертор, втЪрой и третий Й5-триггеры, первый и второй реверсивные счетчики, а счетчик узла синхронизации также выполнен реверсивным; причем вход узла фиксации видеоимпульса зрачка соединен со входом узла фиксации видеоимпульсов рефлексов, а первый выход - с входом S второго триггера и через инвертор - с входом R первого триггера первый выход которого подключен к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетчиков, суммирующие входы которых подключены к выходу второго триггера а выходы - к первому и второму регисрам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивных счетчиков и счетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нулевого состояния соединен с выходом R третьего триггера, выход которого подклюен к вьлчитающему входу счетчика зла синхронизации, второй выход первого R5 -триггера соединен с -входами третьего триггера и триггера знака.

На фиг.1 дана структурная схема стройства; на фиг.2 траектория вижения сканирующей опертуры; на фиг.Э - видеосигналы зрачка к рефлекса на выходе передающей трубки.

-Устройство для редистрации движений глаз содержит оптически связанные осветитель 1, оптический блок 2, передающую телевизионную трубку 3, сигнальный выход которой последовательно соединен со входом узла 4 фиксации видеоимпульсов рефлекса, узлом 5 формирования поисковой развертки и первым входом элемента И б, а также: генератор 7 опорной частоты, подключенный к первым входам первого 8 и второго 9 координатных счетчиков, соединенных соответственно через первый 10 и второй 11 преобразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной трубки 3, первый R5 -триггер 12, триггер 13 знака, первый и второй выходы которого соединены со вторыми и третьими входами первого 8 и второго 9 координатных счетчиков, первый 14 и второй 15 регистры, счетчик 16 узла синхронизации, соединенный через деишфратор 17 нулевого состояния с входом триггера 18 координат, первый и второй выходы которого соединены с четвертыми входами первого В И: второго 9 координатных счетчиков соответственно, кроме того, первый выход триггера 18 координат через дифференцирующую цепь 19 соединен с первыми входами первого 14 и второго 15 регистров, а четвертый выход перврго координатного счетчика 8 через элемент И б соединен с пятым входом второго координатного счетчика 9, .а также узел фиксации видеоимпульса зрачка 20, инвертор 21, второй 22 и третий 23 R5 -триггеры, первый 24 и второй 25 реверсивные счетчики, а счетчик узла синхронизации 16 также выполнен реверсивным, причем вход узла 20 фиксации видеЛкмпульса зрачка соединен с входом узла 4 фиксации видеоимпульсов рефлексвв, а первый выход - с входом 5 второго триггера 22 и через инвертор. 21 - с входом R первого триггера 12, первый выход которого подключен к суммирукнцему входу счетчика узла синхронизации 16 и вычитающим входам оервого 24 и второго 25 реверсивных счетчиков, суммирующие вхо№л которых подключены к выходу второго триггера 22, а ыходы - к первому 14 и второму 15 регистргм соответственно, BXO-I ды синхронизации обоих (юверсивных J

счетчиков 24, 25 и счетчика 16 узла синхронизации подключены к выходу генератора 7 опорной частоты, выход дешифратора 17 нулевого состояния соединен с входом R третьего триггера 23, выход которого подключен к вычитающему входу счетчика 16 узла синхронизации, .второй выход первого К5-триггера соединен с S -входами третьего триггера 23 и триггера 13 знака.

Устройство работает следующим образом.

Поток лучистой энергии осветителя 1 {фиг.1), отраженный от роговицы и от оетчатки глаза, фокусируется оптическим блоком 2 на входном торце трубки 3 в виде яркого кружка (изображение светящегося зрачка) и световой точки на его фоне (изображение роговичного рефлекса). Так как после включения системы сканирующая апертура находится в некотором случайном положении, то наиболее вероятно, что видеосигнал от рефлекса отсутствует. Тогда через определенное время срабатывает реле времен узла 5 формирования поисковой раз- вертки, связывая через элемент 6 оба координатных счетчика 8 и 9 последовательно и, одновреь нно, передним фронтом сбрасывая в нулевое состояние все триггеры, счетчики 24, 25 и регистры 14, 15 (линии сброса на схеме не показаны). При этом оба счетчика обеспечивгиот через преобразователь код-ток 10 и 11, развертку квадратным поисковым растром всего рабочего поля трубки 3 (фиг.2), где большой круг изображает зрачок гааза а маленький - роговичный рефлекс, спроектированные на фотоприемник. При измерении рефлекс всегда должен находиться внутри зрачкового круга, что ограничивает, диапазон измеряемых углов поворота глаз в пределах 20-45 в зависимости от диаметра зрачка.

I

Узел 20 фиксации видеоимпульса зрачка (например, пороговая схема) формирует прямоугольный импульс, имеющий ширину видеоимпульса зрачка на заданном пороговом уровне (интервал ti 1э на фиг.З). Передний фронт видеоимпульса зрачка устанавливает ftS-триггер 22 в единичное состояние При этом на входах разрешеиия пря.мого счета Р обоих счетчиков .24 и 25 арифметического блока устангивливается единичный сигнал. На входе разрешения счета Р, единичный сигигш имеет место только у счетчика 24 координаты X. Поэтому в счётчике 24 в процессе развертки нгисапливается число М XI f пропорсшонавьное отрезку аЬот одного края зрачка до центра рефлекса.

После того, как в процессе поисковой развертки сканирующая апертура придет на уровень, пересекающий одновременно изображения зрачка и рефлекса, на выходе трубки 3 Формируется видеосигнал, показанный на фиг.З. Узел фиксации видеоимпульса рефлекса 4 формирует короткий импульс, совпадаю1дий по времени с вершиной видеоимпульса рефлекса (мо:мент tj на фиг.З), кшторый устанавливает в исходное состояние узел 5 формирования поисковой развертки, разъединяя координатные счетчики и прекращая режим поиска.

Кроме того, видеоимпульс рефлекса с выхода узла фиксации 4 сбрасывает R5-триггер 22 и взводит R5 -триггер 12. Тем самым, во-первых, в реверсивном счетчике 24 начинается обратный счет числа Nx2 с одновременным вычитанием его из ранее зафиксированног.о числа N,. а во-вторых, начинается прямой счет в счетчике 16 числа Nxa шагов развертки между центром рефлекса и другим краем зрачка (отрезок вс). В момент окон-, чания видеоимпульса зрачка его задним, фронтом (через инвертор 21) сбрасывается триггер 12, прекращая счет в арифметическом блоке, а также устанавливаются в единичное состояние RS -триггер. 23 и триггер 13 знака, запирая узлы 4 и 20 по выходу При этом одновременно начинаются обратное движение сканирующей апертуры и обратный счет в счетчике 16. Когда число в счетчике 16 уменьшится до О, что соответствует возврату апертуры до совпадения ее центра с центром рефлекса (точка в на фиг.2 сигнгш d выхода дешифратора 17 нуле.вого состояния переключает триггер координат 18. Теперь возвратноэ движение апертуры осуществляется по -Координате У до тех пор, пока на выходе (незапертом) узла 20 фик. сациги видеоимпульса зрачка не сформируется спадающий фронт видеоимпульса , который возвращает триггер 13 знака в исходное состояние (точка на фиг.2} открывая узлы 4 и 20. В результатевновь начинается движение сканирующей апертуры в положи™ тельном направлении развертки, но по координате У (посб в на фиг.2), т.к.- счетчик 8 блока развертки заneiiг сигналом триггера 18 координат, а счётчик 9 открыт. При этом вновь формируется видеоимпульс зрачка, который опять передним фронтом взводит триггер 22, разрешая этим прямой счет числа Nyt в счетчике 25. При прохождении апертурой (по координате У) изображения рефлекса его видеоимпульс с выхода узла 4 сбрасывает триггер 22 и взводит триггер 12. Вследствие этого - в счетчике 25 начинается вычитание числа Ny из ранее накопленного числа VJyi, кроме того, начинается прямой счет числа Нуг импульсов развертки в счетчике 16. в момент окончания видеоимпульса зрачка (точка к на фиг.2) его задним фронтом (через инвертор 21) сбрасывается триггер 12, прекращая счет в счетчике 25, а также устанавливается в единичное состояние триг0 гер 23 и триггер 13, запирая узлы 4 и 20. При этом вновь начинается обратный счет в счетчике 16 и обратное движение сканирующей апертуры по координате У (по кв фиг.2). Как

5 и S предыдущем полуцикле, когда

число в счетчике -16 уменьшится до О,, сигнал с выхода дешифратора 17 переключает триггер 18 координат, чем создается сигнал на -выходе дифференцирующей цепи 19 для перезаписи чисел из счетчиков 24 и 25 s регистры 14 и 15 памяти. Далее обратное дви-1 жение апертуры уже продолжается по координате X .(по в а на фиг.2) (счетчик 8 заперт, счетч.ик 9 открыт) до тех пор, пока на втором (незапертом) выходе узла 20 фиксации видеоимпульса зрачка не сформируется спадающий . фронт видеоимпульса, возвращающий

-триггер 13 знака в исходное состояние (точка а на фиг.2). Этим заканчивается один цикл слежения и измерения, в результате которого в регистрах 14 и 15 зафиксированы коды, пропорциональные углс1М

5 поворота глаза по обеим координатам. Далее процесс непрерывно повторяется.

В отличие от базового объекта 0 данное устройство позволяет повысить точность измерения направления взгляда оператора при сдвигах его головы относительно оптического приемного блока и, тем caivbiM, обеспечить 5 возможность работы оператора

без жесткой фиксации его головы, т.е. без нарушения естест,венных условий функционирования .оператора.

Испытания макета предлагаемого устройства показали, что оно обеспечивает допустимые сдвиги головы оператора относительно датчика на +10 мм. При этом величина угловой

5 ошибки не превьшает 0,05 градуса на 1 мм сдвига головы, т.е. в 200 раз меньше, чем в известном устройстве. В известном устройстве подвижность головы относительно датчика ограничивается зубным слепком до 50-100 кяикрон. Следовательно, диапазон смещений головы оператора в предлагаемом .устройстве расширился в -100200 раз без потери точности измерения направления взгляда. Диапазон

смешений головы ограничивается оптической системой и принципиально может быть расширен.. Частота обновления

информации составляет 800-100 Гц. Угловая среднеквадратичная бимбка преобразования не превьшает4 угл.мин.

г УСТРОЙСТВО ДЛЯРЕГИСТРАЦИИ ДВИЖЕНИЙ ГЛАЗ, содержащее оптически связанные Осветитель, оптический блок, передающую телевизионную труб,ку, сигнальный выход которой соединен через узел фиксации видеоимпульсовг, рефлекса и узел формирования ПОИСКОВОЙ развертки с первым входом {Элемента И, а также генератор опорной частоты, подключенный к первым входам первого и второго координатных счетчиков/ соединенных соответственно через первый и второй npeofiразователи код-ток с отклоняющей системой передающей телевизионной ;трубки, первый RS -триггер, триггер знака, первый и второй выходы которого соединены с вторыми и третьими входами первого и второго координатных счетчиков, первый и второй регистры, счетчик узла синхронизации, соединенный через дешифратор нулево1Х состояния с входом триггера координат первый и второй вьвсоды которого соединены с четвертьвли входами первого и втор55гр координатных счетчиков соответственно, кроме, того, первый выход триггера координат через дифференцирующую цепь соединен с первыми входами первого и втррого регистров, а четвертый выход первого координатного -счетчика через элемент И соединен с пятым входом второго координатного счетчика, о тл и-. чающееся тем, что, с целью повышения точности измерения направления взгляда оператора при смепданиях его головы относительно оптического приемного блока, оно содержит узел фиксации видеоимпульса зpaчкa инвертор, второй и третий RS -триг,геры, первый и второй реверсивные i счетчики, а счетчик узла синхронизации также выполнен реверсивным, при(Л чем вход узла фиксации видеоимпульса зрачка соединен с входом .узла фиксации видеоимпульсов рефлексов, а первый выход - с 5 второго триггера и через . 11нвертор - с входом R первого триг гера, первый выход которого подключе к суммирующему входу счетчика узла синхронизации и вычитающим входам первого и второго реверсивных счетсо чиков , суммирующие входы которых подключены к выходу второго тригге4;: ра, а выходы - к первому и второму регистрам соответственно, входы синхронизации обоих реверсивньЬс счетчи00 ков и счетчика узла синхронизации подключены к выходу генератора опорной частоты, выход дешифратора нуле.вого состояния соединен с выходом третьего триггера, выход которого; подключен к вычитающему входу счетчиНа.узла синхронизации, второй выход первого RS -триггера соединен с S -входами третьего триггера и триггера знака.

№ }Ф

Фtff.J/fffife/xmjfi ;

(fionfiff/ MVf